2025年机器人行业丝杠专题：丝杠配套量有望持续提升，机器人带来海量增长空间

一、数量：0 到 22 个，机器人单手丝杠数量跃升

1.1 特斯拉最新方案单手丝杠约 17-22 个

人手共有 24 个自由度。据《机器人灵巧手——建模、规划与仿真》，人手 24 个自由度包含拇指 5 个自由度，其余 4 指各 4 个自由度，另外还有腕的外展、腕的弯曲和手掌的弧度 3 个自由度。

自由度越多，设计难度越大，难题之一是如何安置众多驱动器，让灵巧手的尺寸接近人手。目前已知自由度最多的是 Shadow Hand，自由度达到 24 个。特斯拉人形机器人第一代单手拥有 6 个自由度，第二代 11 个自由度，整体向自由 度更高发展。2014 年起，已有至少 4 款灵巧手做到了 21 个自由度，传动方式上，韧带、腱绳和齿轮连杆均有采用。

为兼顾自由度、承载力等指标，特斯拉将电机装载在手臂位置。根据特斯拉公开信息，GEN3 灵巧手相比于 GEN2 的主 要变化在于：（1）手部增加了自由度，从 11 提升到 22 个；（2）驱动器装载在了手腕部位。若远指关节和近指关节耦 合，则需要 17 个主动自由度，若不耦合则最多需要 22 个主动自由度。

在如上自由度假设下，特斯拉单手需要 17-22 个丝杠。特斯拉单个主动自由度配备了 1 个微型电机+1 个滚柱丝杠+1 个腱绳+1 个传感器。根据我们 2024 年 9 月发布的研究报告《灵巧手：结构向高承载发展，丝杠数量或将倍增》，受经 济成本和技术制约影响，目前看最适合灵巧手采用的方案是：驱动采用电机，传动采用腱绳或丝杠（可搭配其他传动 件），传感器采用内部加外部传感器（力、触觉传感器是高频使用的）。

1.2 微型丝杠可能采用行星滚珠或者行星滚柱丝杠两类

微型滚柱相比滚珠的承载力更高，适用于大拇指。（1）在握力方面，大拇指在灵巧手中起到关键作用，与其他手指相 对，能够提供主要的对向力；在抓取物体时，大拇指可以从一侧施加力，与其他手指形成合力，实现对物体的稳定抓 握。例如在抓取小型工具或者物品时，大拇指与食指、中指的配合可以产生有效的握力，确保物体不滑落。（2）在承 载力方面，大拇指由于其独特的结构和位置，在承受垂直于手掌方向的力时能发挥重要作用，有助于稳定地支撑物体， 防止物体在重力作用下掉落。综合考量承载力和握力，大拇指对丝杠的承载力要求指标最高，因此适合采用行星滚柱 丝杠。根据中国工控网资料显示，由 Hertz pressure(赫兹压力)定律，行星滚柱丝杠能承受的静载为滚珠丝杠的 3 倍， 寿命是滚珠丝杠的 15 倍。

二、手部丝杠渗透率提升是大势所趋，丝杠+腱绳复合方案呈现加乘效应

2.1 传统传动：腱绳+连杆传动为行业主流，连杆传动具有精度、负载力、成本优势

2.1.1 传动装置是灵巧手性能的重要决定因素，腱绳已应用于 Okada、DLR 等灵巧手中

多指灵巧手作为机器人末端执行器，是机器人与环境相互作用的最后环节与执行部件，对提高机器人的柔性和易用性 有着极为重要的作用。而机器人灵巧手的体积、重量、灵活性和可操作性等各项性能指标的优劣，很大程度上取决于 灵巧手采用的驱动和传动方式。在十几年的发展历程中，灵巧手已逐步形成了腱绳、连杆、齿轮三种主要传动模式。 例如，Okama 和 DLR-Ⅰ Hand 是腱绳传动在灵巧手中应用的典型案例，其通过腱绳传递动力，能够实现手指的灵活运 动，同时减轻末端负载和惯量，适合空间狭小且需要高自由度的场合，而 Ultralight Hand、GIFU-Ⅱ Hand 则采用齿 轮传动的方式，能够实现精确的抓取动作和多种抓取构形。TWENDY-ONE Hand 采用齿轮+连杆的方式传动，具有稳定的 动力传递和较强的抓取能力。

2.1.2 腱绳传动：具有可远距离传动、自适应性抓取的优点，广泛应用于空间环境

腱绳通过模仿人的肌腱进行传动，是目前灵巧手研究中应用最广泛的传动方式，具有远距离传动、传动效率高、可自 适应抓取等优势，但同时存在精度有限、生产难度大、寿命较短等弊端。

优势：与其他传动形式相比，腱绳可在驱动器外置的腱驱动灵巧手指内，利用有限的空间进行远距离传动，这是 腱绳传动最突出的优势。另外，腱绳传动中多采用滑动轴承，故传动系统摩擦较小、传递效率高。同时，在一些 特殊的设计中，可以通过调节腱绳刚度实现灵巧手自适应抓取。

不足：由于腱本身具有刚度有限、弹性较大的特点，绳子长度的变化会导致位置控制和力量失稳，影响其传动的 位置精度。另外，腱绳需要添加预紧装置，并在控制算法上予以补偿，控制难度比较大，预紧力产生的摩擦也会 影响使用寿命。这些因素增加了腱绳传动的难度和复杂性。

腱绳通常与滑轮搭配使用，根据腱绳与滑轮在灵巧操作手的位置不同，主流的腱绳传动方案包括 N 型、N+1 型、2N 型 三种，每种方案都有其独特的优势和适用场景。其中“N 型”传动方案驱动器数目最少，这种设计能够有效降低驱动系统的整体尺寸，降低电气系统与控制系统的复杂程度，提高了系统的可靠性，但 N 型传动方案需要预紧装置来确保 腱绳的张力；“N+1 型”传动方案所需的腱绳数目最少。然而，这种方案的一个显著缺点是单个腱绳与单个驱动单元的 负载较大,导致驱动单元尺寸较大，牺牲了系统的紧凑性和灵活性;“2N 型”传动方案的承载能力较强,动态特性较好， 但所需驱动单元数目较多，机构尺寸偏大，可能会影响灵巧手的整体灵活性和操作空间。

由于其灵活性高、成本较低等特点，腱绳传动是目前灵巧手中应用最广泛的传动方式，典型案例有 Shadow Hand、 PISA/IIT SoftHand 等。Shadow Hand 是一款高度拟人化的灵巧手，采用腱绳传动实现了与人类手相似的运动灵活性 和操作能力；而 PISA/IIT SoftHand 则通过腱绳传动和欠驱动设计，简化了控制复杂度，同时保持了较高的操作性能。 特别的，由于腱绳驱动可适用于远距离传动，便于实现驱动器外置的驱动方案，并减轻空间环境下摩擦问题以及剧烈 温差环境下零件热胀冷缩导致配合变化的问题，腱绳传动广泛应用于空间传动中，例如美国宇航中心的 Robonaut Hand、 Robonaut 2 Hand 和德国宇航中心(DLR)的 Dexhand 均采用腱绳驱动的方式。

2.1.3 连杆传动：具有精度高、承载力强、成本低的优点，未来发展空间广阔

连杆传动多采用平面四杆机构传动，铰链将各构件相互连接，通过各个连杆实现运动变换和动力传递，具有负载力强、 精度高、生产成本低等优点，但也具有结构冗杂、灵活度低、抗冲击性差等不足。

优势：连杆传动机构能解决腱绳驱动不稳定的问题，满足精确控制抓取位置和抓取力的需求。连杆传动利用连杆实现动作的传递，连杆刚度强、出力大，有很好的负载能力，能够抓取大型物体。同时连杆加工成本低廉，生产 难度较小。

不足：相比于其他传动，连杆传动结构较为冗杂，尺寸和质量较大。同时连杆传动缺乏自适应性，无法实现对物 体的完全包络，动作灵活性有限。另外由于连杆柔性不足，导致抗冲击能力较差。以上因素导致连杆传动目前在 灵巧手中应用相对较少。

相比于腱绳传动，连杆传动目前应用相对较少，但优势却十分明显。腱绳方案虽然有较高的柔韧性，但精度易受疲劳 度、张力影响，对材料要求较高；齿轮传动的齿隙和啮合误差会影响传动精度，且加工精度要求高，而连杆传动能够 规避腱绳和齿轮传动的不足。因时机器人通过研究发现，直线驱动+空间连杆的传动方案是灵巧手技术方案的最优解。 这种创新型设计结合了直线驱动的高精度和连杆传动的稳定性，实现整手 12 个关节的灵活运动，不仅使灵巧手具有 亚毫米级定位精度，还赋予其数千克的负载能力。同时，直线驱动+空间连杆的设计简化了系统的复杂性，降低了控 制难度，使得灵巧手在实际应用中更加高效和可靠。

2.2 新型传动：微型丝杠唤醒传动新生，微型丝杠+腱绳复合传动有望成为灵巧手主流

2.2.1 微型丝杠+腱绳复合传动有已应用于 Optimus 灵巧手中，有望成为未来主流方案

随着机器人技术的不断发展，多变的工作环境，复杂的工作任务都对多指灵巧的性能提出了更高的要求。无论是在工 业制造中的精密装配、医疗手术中的精细操作，还是服务机器人中的拟人化交互，灵巧手都需要具备更高的灵活性、 精度和适应性。因此，未来灵巧手的发展方向将主要集中在尺寸小型化、感知灵敏化和动作拟人化三个方面。尺寸小 型化可以使灵巧手在狭小空间内灵活操作，感知灵敏化能够提升其对环境和工作对象的感知能力，而动作拟人化则使 其更接近人类手的自然运动方式，从而更好地完成复杂任务。这就要求传动设备减小尺寸、提高精度和稳定性，传统 传动方式中，腱绳传动精度有限，稳定性较弱，而连杆传动尺寸过大，灵巧性不足。传统传动方式已很难满足灵巧手 未来发展趋势，灵巧手传动方式亟待转变创新。

为顺应灵巧手高精度、高稳定性的趋势，微型丝杠被逐步引入灵巧手传动中，微型丝杠+腱绳复合传动有望成为未来 灵巧手传动主流方案。在该复合传动方案中，置于灵巧手前臂中的电机通过齿轮箱驱动滚珠丝杠，并通过滚珠丝杠上 的螺母将转动转化为平动。螺母旋转带动套在其上的腱环旋转，拉动连接在灵巧手手指指骨上的腱绳，实现手指绕关 节轴的转动运动。目前微型丝杠+腱绳复合传动的方案已应用于特斯拉 Optimus 灵巧手中。Optimus 灵巧手采取驱动器 外置的三级传动方案，该方案在一级传动中采取行星齿轮箱，二级传动中采取传动精度更高的丝杠作为线性运动的零 部件，由于手臂模组到手指的距离较远，三级传动依然选择了腱绳的方案。

在灵巧手的传动系统中，微型丝杠与腱绳的复合传动呈现加乘效应：丝杠凭借高精度、低摩擦特性实现刚性关节的精准定位，腱绳则通过柔顺性适应多自由度运动和复杂场景。两者功能互补——腱绳弥补丝杠灵活性不足，丝杠解决腱 绳的精度衰减与张力控制难题，协同突破单一传动在动态响应、负载能力等方面的局限。通过结构优化，丝杠承担高 精度线性驱动，腱绳负责空间运动传递与缓冲，显著提升整体性能。但需注意若设计存在重量分配或控制冲突，可能 因摩擦叠加产生短板效应。因此，通过轻量化设计和协同控制优化，方能有效释放该复合传动的加乘优势。

根据工作原理，丝杠可分为滑动（梯形）丝杠、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠三类。梯形丝杠因其牙型截面为梯形而得名。 梯形丝杠通过滑动摩擦进行传动，工作时温升较大且磨损严重，使用寿命和传动速度较低。滚珠丝杠相较于梯形丝杠 具有更小的摩擦系数，效率和精度更高，能够提供高速供给,被广泛应用于汽车、数控机床、机械等行业。行星滚柱丝 杠以滚柱代替滚珠，在传动效率、精度等方面较滚珠丝杠实现性能进一步提升，是灵巧手传动的首选丝杠类型。

2.2.2 滚珠丝杠：利用滚珠减小摩擦力，精度、平稳度、使用寿命大幅提高

滚珠丝杠一般由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器六个部分组成。通常情况下，电机作为动力源，通过联 轴器将旋转力矩传递给丝杠，当丝杠受到旋转力的作用时，螺母与丝杠之间螺纹配合，螺母在丝杠上沿轴向移动，实 现将旋转运动转化为平移运动。 滚动摩擦代替滑动摩擦，赋予滚珠丝杠高精度、高寿命、高效率的优点。相较于滑动导轨，滚珠导轨属于滚动摩擦， 摩擦阻力较小，使得运动平稳性提高。同时滚动摩擦能大幅减少磨损，从而延长使用寿命。另外，数量多、直径小的 滚珠能够承受更大的载荷，提高轨道的刚性和自动控制的精确性，提高工作效率。

滚珠丝杠副的结构传统分为内循环结构和外循环结构两种。其中滚珠始终与丝杠保持接触的是内循环，内循环结构的 优点在于滚珠循环回路较短，运动流畅性好，传动效率高，同时由于滚珠在螺母内部循环，螺母的径向尺寸可以设计 得较小，从而使得整个传动装置更加紧凑。然而，内循环结构的反向器加工难度较大，需要高精度的制造工艺，且装 配和调整较为复杂，这在一定程度上增加了制造成本和维护难度。外循环结构的滚珠循环回路较长，传动效率相对较 低，且档珠器的刚性较差，容易磨损，从而影响传动精度和使用寿命。然而，外循环结构的制造工艺相对简单，易于 大规模生产，且装配和调整较为方便，因此在一些对精度要求不高的场合中仍然具有广泛的应用。目前，端盖结构、 盖板结构的应用也逐步增加。

2.2.3 行星滚柱丝杠：以滚柱代替滚珠进行传动，实现滚动丝杠承载力等各方面性能的跃升

行星滚柱丝杠是一种高精度、高效率的传动装置，主要由滚柱、丝杠、螺母、内齿圈和保持架构成。其工作原理基于 滚动摩擦，通过滚柱在丝杠和螺母之间的行星运动实现运动和力的传递。具体而言，滚柱在丝杠和螺母的螺纹牙之间 滚动，同时与两者的螺纹牙啮合，从而将旋转运动转化为直线运动，使螺母沿丝杠的轴向做平移运动，同时保持架和 内齿圈分别承担着定位支撑和动力传输的作用。这种设计不仅显著降低了摩擦损耗，还提高了传动效率和精度。

与滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠在尺寸、承载力、寿命和噪音等方面的优势明显。从尺寸上看，由于导程与行星滚柱 丝杆的节距成函数关系，行星滚柱丝杆导程可低于 0.5mm，在相同载荷的情况下，行星滚柱丝杠体积比滚珠丝杠小 1/3 的空间。从承载能力上看，行星滚柱丝杠能够将承载力平均分散在更大的表面，其承载力比同规格滚珠丝杠副高出 3 倍以上（最高超过 10 倍）。从寿命上看，行星滚柱丝杠承载力分散，可减小摩擦力，根据 Hertz pressure(赫兹压力) 定律，行星滚柱丝杠能承受的静载为滚珠丝杠的 3 倍，寿命是滚珠丝杠的 15 倍。从噪音上看，滚珠丝杠内的珠子在 辊道内需要在某一点上做方向切换，而滚柱则与主丝杠同步做圆周运动，因此行星滚柱丝杠振动和噪音和噪声更小。 由此可见，行星滚柱丝杠在尺寸、承载能力、寿命、噪音等多个方面优于滚珠丝杠，更适用于人形机器人的灵巧手。

根据结构不同，行星滚柱丝杠可分为标准式行星滚柱丝杠、反向式行星滚柱丝杠、循环式行星滚柱丝杠、差动式行星 滚柱丝杠和轴承环式行星滚柱丝杠五种类型。其中标准式行星滚柱丝杠是目前应用最广泛的类型，其他 4 种类型均是 为了适应于不同的应用环境而在其基础上演变而来的。反向式行星滚柱丝杠适用于环境恶劣、高负载、高速等场合， 反向式行星滚柱丝杠用于中小负载、小行程和高速的应用场景，循环式行星滚柱丝杠在高刚度、高承载、高精度的场 合下得到广泛应用，差动式行星滚柱丝杠可应用于传动比较大，承载能力较高的情境下，轴承环式行星滚柱丝杠则多 应用于高承载、高效率等场合。

2.3 价格探析：行星滚柱丝杠单价约 2000 元，国产化和市场扩容有望打破价格壁垒

根据两种微型丝杠的性能比较，可以看出行星滚柱丝杠在承载力、使用寿命、效率等方面均优于滚珠丝杠，但价格仍 是阻碍行星滚柱丝杠生产应用的最大壁垒。以全球最大的行星滚柱丝杠公司之一 Rollvis 为例，Rollvis 单个行星滚 柱丝杠价格约 2000 元/个，且国内尚不具备批量生产能力。而滚珠丝杠国产化进程已初步完成，国内产品价格已从 2014 年的 225 元/个下降至 2020 年的 185 元/个，远低于行星滚柱丝杠。目前行星滚柱丝杠价格昂贵有以下原因：

国产化率低：目前世界范围内生产行星滚柱丝杠并参与市场竞争的厂家主要有：Ewellix、Rollvis、GSA、Rexroth、 CMC、南京工艺、济宁博特、优仕特等，以外资为主，2022 年国产化率不足 10%。

市场需求有限：IHS Market 根据 2019 年数据进行预测，2022 年全球行星滚柱丝杠销售数量预计为 86000 个，其 中中国预计销售 10000 个。市场需求不足导致无法形成量产摊薄制造成本。

生产工艺复杂：行星滚柱丝杠从生产工艺角度区分为轧制滚柱丝杠和研磨滚柱丝杠，其中研磨法生产的滚柱丝杠 性能高但成本也相对较高，目前人形机器人中的行星滚柱丝杠多采用此种方法进行制造，导致成本较高。

然而，在市场需求扩大、国产化率提高的趋势下，滚柱丝杠价格仍有较大下降空间。

成本构成中可变成本占比较高。根据王有雪《E 公司滚柱丝杠产品营销策略研究》，以目前国内市场上销售量最多 的行星滚柱丝杠产品为例，其原材料成本占比大概为 60%，工时成本和生产所需成本占比 15%，工厂内的固定成 本分摊为 15%，集团向法国工厂征收的管理成本占比 10%，可见行星滚柱丝杠中变动成本占比较大，价格仍有较 大下降空间。

行星滚柱丝杠国产化进程显著加快，贝斯特、汉江机床等公司纷纷进军行星滚柱丝杠领域。贝斯特行星滚柱丝杠 工艺不断优化，已为 2025 年批量供货做好了技术和设备储备。秦川机床子公司汉江机床已拥有滚柱丝杠的研发、 制造基础，现已逐步开始小批量生产。长盛轴承应用于机器人领域的丝杠产品尚处于送样及研发阶段。

随着人形机器人发展，行星滚柱丝杠需求量逐年提升。根据 DATAINTELO 数据，2022 年全球行星滚柱丝杠市场规 模约为 87.8 亿元，2018-2022 年间市场规模复合增速为 4.5%，预计 2030 年全球行星滚柱丝杠市场规模可达 124.9 亿元。 国产化进程加快、市场需求上升推动者行星滚柱丝杠可变成本逐年下降，行星滚柱丝杠有望打破价格壁垒，实现大规 模供给。

三、微型丝杠上下游产业链投资机会广阔，金属路线性价比高

3.1 金属路线：目前市面主流技术路线,KGG、新剑传动均采用金属材料

在当前市场环境下，生产微型手部丝杠的厂商大多采用基于金属材料的制造路线。金属路线下微型手部丝杠产业链由 上游原材料与零部件供应、中游行星滚柱丝杠制造、下游多应用领域构成。

3.1.1 金属材料：国产轴承钢技术已实现一定突破，但与国外轴承钢仍有差距

行星滚柱丝杠的丝杠一般采用经过预处理的 50CrMo4 或 42CrMo4 作为原材料。行星滚柱丝杠在工作时需要承受较大的 轴向力和扭矩，合金结构钢如 42CrMo 具有较高的屈服强度和抗拉强度，能够保证丝杠在承受高负荷时不发生变形或 断裂，确保传动的准确性和稳定性。同时，其出众的韧性可有效抵抗冲击载荷，减少因突发外力冲击而导致的损坏风 险，进而保障丝杠在长时间、高强度的工作过程中，始终维持稳定的传动性能。 行星滚柱丝杠的螺母和滚柱则采用高碳铬轴承钢 GCr15 作为原材料。该钢材具备高硬度、良好的耐磨性以及高接触疲 劳强度等特性，能够有效应对螺母和滚柱在运转过程中面临的磨损及高接触应力等情况，从而确保行星滚柱丝杠整体 的稳定运行与长使用寿命。 国内行星滚柱丝杠在材料选择上，主要聚焦于马氏体不锈钢与奥氏体不锈钢。马氏体不锈钢淬性良好，借助热处理强 化手段，能够达到高硬度、高强度以及出色的耐磨性，然而在韧性与耐蚀性方面存在短板。奥氏体不锈钢具备优良的 塑性、卓越的耐腐蚀性、良好的抗氧化性以及出色的焊接性能，但强度相对来说较为薄弱。

国产行星滚柱丝杠与国外丝杠存在差距的原因在于原材料质量欠佳和后续热加工工艺不当。根据《国产 Cr/Mo 钢滚 珠丝杠与国外同类产品的质量分析》，国产丝杠存在的带状偏析组织是造成其使用性能不佳的重要原因。带状组织具 有显著的方向性是脆弱的部位，容易造成在变形过程中的应力集中，甚至出现裂纹；带状组织还会降低钢的力学性能、 切削性能和淬透性，使零件淬火变形倾向增大，强韧性降低。

国产制造商和原材料供应商在基础材料端的研发、应用已经实现突破。在材料研发方面，第三代轴承钢已经具备较强 的耐高温、耐腐蚀性，第四代轴承钢将聚焦于其耐极端高温和轻量化的特性，目前尚处于科研与开发阶段。一些新钢 种的成功研发填补了国内高端轴承钢领域的空白。但国内轴承钢也仍存在质量不稳定、高端轴承钢供给不足等问题。 目前我国行星滚柱丝杠原材料供应厂商包括太钢不锈、酒钢宏兴、久立特材、永兴材料等。

3.1.2 加工工艺：目前丝杠加工工艺路线以车铣磨或冷锻+磨削为主

目前精密丝杠加工主要分为车铣磨、冷锻+磨削两类工艺路线。车铣磨工艺路线中，在粗加工阶段借助车削利用主轴 回转与刀具移动切除多余材料，铣削凭借旋转多刃刀具高效切割，共同对丝杠、滚柱和螺母毛坯进行初步成型；随后 通过淬火、回火等热处理提升零件性能；最后运用外圆磨床、内圆磨床等设备进行磨削精加工，确保高精度。 冷锻+磨削工艺路线，则先以冷轧技术对坯件冷态施压使其塑性变形，高效加工成接近成品的形状，提升材料利用率 与零件表面性能，之后依据需求进行热处理消除内应力，最后磨削余量以达高精度要求。而硬车和砂轮磨工艺路线主 要用于反向式行星滚柱丝杠螺母加工，硬车可在硬态材料上直接车削，效率高、成本低，能加工出螺母内螺纹等；砂轮磨则精度更高，用于进一步提升螺母加工精度与表面质量，不过长螺母内螺纹磨削时，因砂轮单边支撑存在精度控 制难题。

目前磨削工艺为市场上精密丝杠加工的主流技术方案，精度可达 P0-P1 级，为超精密丝杠主流工艺，但工序复杂、效 率偏低。较低精度领域则采用半精加工方案如硬态车削和旋风铣削。硬车（P2-P3 级，Ra<1.6μm）效率优于磨削，但 存在刀具损耗问题；旋风铣削（P3 级，Ra≈0.4μm）兼顾效率与表面质量，但高精度领域仍依赖磨削，且需关注铣刀 寿命。冷轧通过模具塑性变形高效成形，但精度较低（P5-P10 级），表面粗糙度 Ra 值 0.8-1.6μm，需要通过磨削进 一步精加工以提升产品精度。

3.1.3 生产设备：丝杠加工设备仍以进口为主，国产丝杠加工设备存在“卡脖子”难题

机器人丝杠生产过程中要经过热处理、车、铣、磨或冷锻等工艺，这其中需使用到的设备包括车床、铣床（旋风铣床）、 磨床（外圆磨床、螺纹磨床、内圆磨床等）、圆锯机、热处理设备、检测仪等。 目前丝杠国产加工设备存在“卡脖子”的技术壁垒，主要集中在热处理设备及车、铣、磨床的核心功能部件。

1）热处理设备：热处理设备难点在于炉温自适应控制。国外先进设备通过优化加热元件布局和智能控温算法，可使 炉膛内温度均匀性控制在 ±5℃以内。国产设备在加热元件的设计和制造工艺上相对落后，控温系统的算法也不够先 进，导致炉膛内温度均匀性较差，进而影响丝杠质量。解决这一问题需要反复验证积累数据库，而我国设备引入晚， 在发展进程中积累的数据量有限。同时专业人才储备不足，导致自主研发与创新能力受限，在实际应用中，这类设备 目前仍以进口为主。 2）车、铣、磨床的核心功能部件：高精度的车、铣、磨床核心部件是生产出高精度的丝杠的关键因素。目前数控系统 和主轴的制作是主要的技术难点。同时目前国产磨床存在效率低从而导致丝杠生产速度慢的问题。 我国目前已有多家公司开始布局丝杠加工设备，包括秦川机床、华辰装备等，国产设备替代指日可待。

3.1.4 粉末冶金也是丝杠加工中的一种重要技术

粉末冶金是一种极具特色的材料加工技术，它以金属粉末或金属与非金属粉末混合物为原料来制造金属材料、复合材 料及各类零件。其工艺过程涵盖多个关键环节：粉末制备，接着进行混合与制粒，将不同成分粉末按比例混合，并在 必要时制成团聚体以改善成型性能；随后采用模压成型、等静压成型、注射成型等方式，在压力作用下使粉末在模具 中形成所需形状的坯体；之后在保护气氛或真空中将坯体加热至低于金属熔点的温度进行烧结，；最后，根据需求对 烧结后的零件开展机加工、热处理、表面处理等后续处理，以进一步优化性能。该技术优势显著，材料利用率高达 90% 以上，能极大降低材料成本，且可实现近净成型，制造出形状复杂、尺寸精度高的零件。

粉末冶金市场因产品具备优异物理性能、高度可定制化以及成本效益等优势，吸引了众多用户与企业，预计其年均复 合增长率将维持在较高水平。从各家企业粉末冶金制品的出货量与销售额来看，东睦股份为该领域的主要厂商。

3.2 塑料路线：灵巧手轻量化重要实现路径，具有抗腐蚀性、高温稳定性等优势

3.2.1 PEEK 材料：性能优异的工程塑料，助力轻量化突破

PEEK（聚醚醚酮）是一种性能优异的工程塑料。具有出色的机械性能、抗腐蚀性和高温稳定性。PEEK 还具有自润滑性 好、易加工、绝缘性稳定、耐水解等优异性能。在机器人领域，PEEK 材料凭借其显著的轻量化特性，成为了备受瞩目 的关键材料。机器人在执行任务时，需要具备灵活的运动能力和高效的能源利用效率，过重的机身会严重影响其灵活 性与续航能力。PEEK 材料密度低，质量轻，将其应用于机器人制造，能够有效减轻机器人的整体重量，使机器人在 运动过程中更加敏捷，能耗更低。 目前国内 PEEK 材料的主要供应商有中研股份、新瀚新材、沃特股份。中研股份是继英国威格斯公司、比利时索尔维 公司和德国赢创公司之后全球第 4 家 PEEK 产能超过千吨级的企业，是目前除英国威格斯公司外全球第 2 家能够使用 5000L 反应釜进行 PEEK 聚合生产的企业，是目前 PEEK 产量最大的中国企业。 近年来，国内企业在 PEEK 材料领域取得了显著进步，多个国产 PEEK 产品的主要性能指标已达到国际先进水平。同时， 得益于较低的原料和人工成本，国产 PEEK 材料在性价比上展现出明显优势，国产替代的步伐正在加快。

3.2.2 加工工艺：包括注塑成型、热压成型、模压成型等成型方法，注塑成型效率最高

PEEK 复合材料常见加工成型方法，主要有注塑成型、热压成型、模压成型、缠绕成型及等离子体喷涂、热喷涂等。注 塑成型可制备复杂结构产品，成型效率高，但制品强度偏低，力学性能增强效果不理想。热压成型工艺相对简单，便 于批量生产，可先制成平面制品，再二次加工出所需形状。模压成型效率高，工艺简单，常用于结构简单、尺寸较大 的平面制品，但工艺参数选择不当会产生裂纹。缠绕成型可个据制品受力情况确定缠绕方式，制品质量稳定，便于自 动化生产。

3.2.3 生产设备：注塑机为关键加工设备，海天国际、伊之密为主要供应商

PEEK 材料的主要加工设备为注塑机。注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将 已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。国内注塑机厂 家众多，可以关注海天国际、伊之密。

3.3 陶瓷路线：轻量化+高强度+耐磨损新型材料，可实现灵巧手使用寿命的延长

3.3.1 陶瓷材料：灵巧手微型丝杠的理想材料，已在汽车、机械等领域通过实践检验

陶瓷材料是一种新型材料，具有重量轻、强度高，不易变形、抗电性好等优良性能，是微型丝杠的理想材料。

重量轻，契合灵巧手轻量化发展趋势：陶瓷材料的密度通常较低，这使得其在相同体积下，陶瓷比金属等传统材 料更轻。微型丝杠采取陶瓷路径，能够满足灵巧手轻量化需求，有助于提升机器人整体的运动灵活性与能源利用 效率。

强度高，可提高微型丝杠传动速度：陶瓷材料具有晶体结构，存在紧密排列的离子键或共价键的键合结构，这使 得陶瓷材料具有高强度的特点，。高强度陶瓷材料应用于微型丝杠，可在不影响精度的情况下实现更高的速度。

耐磨损，能够实现微型丝杆寿命的延长：陶瓷材料具有优异的耐磨性、抗腐蚀性以及低摩擦特性，使用陶瓷材料 的微型丝杠能够大大提升耐用性，减少维护和更换频率，为灵巧手的长时间稳定运行提供保障。 陶瓷材料凭借其卓越性能，在机械、汽车零部件领域已得到广泛应用。机器人丝杠作为机器人的核心传动部件，对材 料的精度保持性、耐磨性和轻量化要求极高。鉴于陶瓷材料在汽车领域的出色表现，将其应用于机器人丝杠制造具有 极大的潜力。

3.3.2 加工工艺：分为压制法、注射法及流延法三种类型，压制成型具有成型速度快、精度高等优势

陶瓷路线的主要加工工艺有压制成型、注射成型及流延成型三种类型，其中压制成型成型速度快，具有较高精度，优 势明显。

压制成型：压制成型是指将陶瓷粉料与有机或无机添加剂混合，然后将混合物放入特制的模具中，在一定的温度 和压力条件下进行成型。压制成型具有成型速度快、精度高等优势。干压成型过程中，通过模具和压力设备的配 合，可以快速地将粉料压制成型。相比一些其他成型方法，如注浆成型等，不需要等待泥浆缓慢地脱水成型，能 够在较短时间内完成单个坯体的成型，适合大规模工业化生产，可有效提高生产效率，满足市场对产品数量需求。

流延成型是指先将陶瓷粉体与分散剂加入溶剂（水或有机溶剂），经球磨或超声振荡使粉体分散、溶剂浸润，再 加入粘结剂和增塑剂二次球磨得均一浆料。接着在流延机上成型为素坯，干燥使溶剂挥发、粘结剂成网状得素坯 膜，经机加工成特定形状，最后排胶、烧结得到成品的成型工艺。

注射成型是指把原料粉末与粘结体系按预定比例混合，于密炼机内将混合体系充分混合均匀，制成具有合适流动 性的喂料，经破碎后利用注射成型机注入定制模具，进而对预制品进行脱脂、烧结，最终获取成品的一种加工方 法。

3.3.3 生产设备：高温、气氛烧结炉为关键生产设备，首钢股份、山东钢铁等公司可提供优质产品

在陶瓷路线的微型丝杠制备过程中，三种工艺路线都需要经过研磨、烧结等步骤。在研磨环节，需要球磨机进一步细 化陶瓷粉末颗粒，提高粉末的比表面积，同时使原料与添加剂更好地混合。在烧结环节，毛坯需要使用烧结设备固化 成型，目前主要使用高温烧结炉和气氛烧结炉两种烧结设备。

高温烧结炉：用于将成型后的陶瓷坯体在高温下进行烧结，使陶瓷颗粒之间发生固相反应，形成致密的陶瓷结构， 提高陶瓷的硬度、强度等性能。根据加热方式不同，有电阻炉、燃气炉、感应炉等多种类型。

气氛烧结炉：有些陶瓷轴承材料如氮化硅等，需要在特定的气氛（如氮气气氛）下进行烧结，以保证烧结过程中 的化学反应和材料性能。气氛烧结炉能够精确控制炉内的气氛成分、压力和温度等参数，满足不同陶瓷材料的烧 结要求。 烧结环节是陶瓷路线较为关键的生产环节，烧结炉的优劣直接影响所制备的陶瓷性能。目前我国国内优秀的烧结设备 生产厂商包括首钢股份、山东钢铁、包钢股份和元琛科技等。

另外，在压制工艺中，还需要用到的设备有干压成型机与模具。模具用于确定产品的形状。干压成型机通过压力施加 系统对模具中的陶瓷粉料施加压力。在压力作用下，陶瓷粉料颗粒之间的空气被排出，颗粒相互靠近并紧密堆积，形 成具有一定形状和强度的陶瓷坯体。 在流延成型中，还需要用到的设备有陶瓷注射成型机和流延机。陶瓷注射成型机将混合好的陶瓷注射料加热成具有良 好流动性的熔体，然后通过柱塞或螺杆施加压力，将熔体注入到预先设计好的模具型腔中。流延机主要由浆料储存罐、 刮刀、基带、干燥系统等组成。浆料从储存罐流出，在刮刀的作用下均匀地涂覆在基带表面，形成一层薄而均匀的浆 料层，然后通过干燥系统使浆料中的溶剂挥发，形成具有一定强度和柔韧性的陶瓷生坯带。

四、重点公司分析

4.1 微型丝杠加工与维护难度比普通丝杠更大

在功能上，微型丝杠的设计初衷是为了满足高精度、高灵敏度的需求；普通丝杠主要承受较大的负载，完成大范围的 位移，因此相比普通丝杠，微型丝杠在应用场景、材料选型、热处理、安装和维护上有很大不同。

从应用场景上看：微型丝杠范围更窄。微型丝杠的设计初衷是为了满足高精度、高灵敏度的需求。微型丝杠的螺 纹非常细密，能够提供非常平稳的运动和精准的控制。但同时，这也将微型丝杠限制在以上需求的领域中。而普 通丝杠更多地用于一些对精度要求不是特别高的领域，比如一些工业机械设备、加工设备等。这些场合中，丝杠的作用更多的是承受较大的负载，完成大范围的位移。

从材料上看：微型丝杠由于工作环境相对精密，对材料的要求很高。其通常采用高硬度的合金钢或者不锈钢，能 够在长期使用中保持高精度和耐磨性。而且，由于微型丝杠的工作环境可能非常恶劣，比如高温、低温、强腐蚀 环境等，因此对材料的耐用性和抗腐蚀性要求非常严格。而普通丝杠的材质相对来说选择更多，常见的有碳钢、 不锈钢、铝合金等，因为普通丝杠不一定每个环境都需要很高的耐磨性和抗腐蚀性。因此，普通丝杠在材料上的 选择可以更灵活。

从热处理上看：是微型丝杠的生产痛点。热处理工序是为了给丝杠校直，防止弯曲变形。但是校直本身会产生内 应力，而内应力有逐渐消失的倾向。由于内应力的消失会引起丝杠的变形，这就影响了微型丝杠精度的保持。

从安装上和维护上看：微型丝杠的难度也相对较高。由于它体积小、精度高，在安装时需要非常精密的对准和校 正，稍有偏差就可能影响整个系统的运行。而普通丝杠相对简单，虽然也需要精准安装，但尺寸更大，误差容忍 度也更高；维护方面，微型丝杠也要求更加细致的保养。为了保持高精度，它的润滑、清洁以及工作环境的控制 都非常重要。而普通丝杠只需要一些常规的润滑和清洁就能保证其正常运作。

4.2 微型丝杠竞争格局：国外少数大型公司主导，国内追赶速度较快

全球竞争格局全球丝杠市场主要由少数大型公司主导，如瑞士 GSA、日本 THK 等。 从销售上看，国外大型公司凭借其技术优势、品牌影响力以及全球销售网络，占据了市场的主导地位。亚太地区凭借 其制造业产业链的深厚优势和快速发展的经济态势，成为全球丝杆市场的主要驱动力。 从工艺上来看，微型丝杠加工方式分为研磨和轧制：

研磨法：精度高，能够做到 C0，并且产品寿命长、运行噪音较低。但是研磨法工艺繁杂，加工耗时长，导致成本 很高。使用研磨法进行加工的典型是 GSA。该公司通过一系列收购，完成了对使用研磨法加工行星滚柱丝杠的厂 商的垄断。

轧制法：精度较低，一般只能做到 C7，寿命较短，运行噪音较高，但是加工时间非常短，对成本能够进行有效控 制。国内诺仕机器人采用轧制法，能够在微小型丝杠上做到 C5 精度，且打样时间可以控制在两周内。 除上述两家公司外，一部分公司同时采用研磨法和轧制法进行微型丝杠的加工，例如：日本 KSS、THK，国内 KGG、TGB 等。

尽管从销售和工上看，国内起步较晚。但是部分国内公司追赶速度较快，通过收并购、高激励吸引人才和高校成果转 化等方式快速布局，顺利量产微型丝杠产品，并且产品在某些性能上能够对标，甚至超过国外产品。

上市公司微型滚柱丝杠布局较少，建议关注五洲新春、浙江荣泰等。据各公司公告和官网资料显示，目前已经研发手 部微型滚柱丝杠的包含 KGG（拟被浙江荣泰收购）、诺仕机器人、TGB、五洲新春、新剑传动。

4.2.1 舍弗勒通过收购优质行星滚柱丝杠厂商垄断了全球供应

德国舍弗勒集团是一家全球性的汽车和工业产品供应商，生产用于动力总成和底盘应用的高精度组件和系统，以及用 于大量工业应用的滚动轴承和滑动轴承解决方案。 GSA 是舍弗勒控股子公司，在装配、加工工艺、材料及热处理工艺上有深厚的积累，从产品覆盖规格、生产规模到产 品生产经验积累具有较大优势。其前身 Gewinde Zaire AG 公司自 1932 年以来一直致力于螺纹磨削，能够制造任何类 型的螺纹。这一领域的不断发展以及根据最新研究结果不断扩大的机械设备，使 Gewinder Zaire AG 公司能够在螺纹 研磨领域面临所有挑战。基于 Gewinder Zaire AG 数十年的螺纹研磨经验，1982 年 Gewinder Siegfried Andreas AG （GSA AG）成立。此后，GSA AG 一直从事高精度行星滚柱丝杠（RGT）的生产，其设备可以为中小型工件进行包括内 圆、外圆、侧面的磨削工艺。 2017 年，舍弗勒收了瑞士 ROLLVIS。ROLLVIS 是成立于 1970 年的瑞士另一家行星滚柱丝杠公司；并购之后 GSA 公司综 合实力和制造能力进一步提升。2022 年 7 月，舍弗勒以 5.82 亿欧元再次收购 Ewellix，代表了舍弗勒集团在线性技 术产品矩阵的重大扩展，使产品比以往更贴近客户需求，更专注于工业业务的三大核心趋势：用机电系统替代或补充 液压和气动解决方案、追求最佳效率、自动化和机器人化趋势。Ewellix 的加入使舍弗勒拥有了兼顾各种性能和规格 的较完备滚柱丝杠产品矩阵，产品主要应用于汽车、半导体、工业机器人及自动化、石化等。 根据 GSA 及其收购公司的官网数据，公司目前已经批量生产螺杆直径为 3.5mm 与 5mm 的微型行星滚柱丝杠，其转速最 大能够达到 6000 转，精度范围保持在 G1-G3。 根据王有雪《E 公司滚柱丝杠产品营销策略研究》和上海欧克电子科技有限公司的数据，2022 年，GSA 公司在中国行 星滚柱丝杠市场份额高达 52%，其中 Rollvis 市占率 35%。

4.2.2 浙江荣泰：拟收购精密丝杠生产商狄兹精密 51%股权，布局人形机器人等领域

2025 年 2 月 14 日，浙江荣泰与上海狄兹精密机械有限公司（简称 KGG）签订《股权收购意向性协议的议案》，预计交 易完成后浙江荣泰将持有 KGG 的 51%股权。 KGG 成立于 2008 年，与日本 KSS、台湾 CPC 达成深度合作，成为当时率先采用日本品质标准进行轴端加工的国内厂 家。2014 年，电气部门的成立，标志着上海狄兹开始转型成为整体工程解决方案提供商。2016 年成功成为 Apple 供 应链中的一员，并成为日本知名品牌的单轴机械手 OEM 工厂。2018 年，公司在科创版挂牌。2020 年，公司设立深圳 分公司，并在上海拥有 3 个厂区，总占地面积超过 16100 平方米。公司持续在研发和生产上投入，并接连扩大厂区， 并累计生产突破超万台单轴机械手，总营收突破 2 亿。2023 年，厂区搬迁至小昆山镇，总占地面积超过 18000 平方 米。上海狄兹从加工、贸易代理型企业，稳步发展为集设计研发、生产销售及工程服务于一体的科技创新生产型企业。 公司的打样时间控制在一周内，批量交货则是 20-30 天。 在 2024 年北京机器人展览上，KGG 展出 4mm 直径的行星滚柱丝杠，以及直径 1.8mm 的行星滚珠丝杠；此外 KGG 还展 出了集成了行星滚柱丝杠方案的灵巧手。淘宝网显示，KGG 超小丝杠轴径 3mm 售价为 950 元/个。

4.2.3 诺仕机器人成功研发目前全行业最小滚柱丝杠

诺仕机器人是一家以独特的轧制工艺制造高精度行星滚柱丝杠的中国公司。公司采用了独特的高精度金属成型工艺， 可以满足行星滚柱丝杠 G5 精度稳定量产，实现低成本完成高强度、高耐久和高精度产品的生产交付，为具身机器人 产业量产、汽车及智能制造产业提供可靠的解决方案。 诺仕机器人成立于 2023 年，脱胎于一家拥有 30 余年螺纹螺杆制造经验的家族企业。家族企业第一代创始人徐根林教 授曾任上海大学教授，在机械制造工艺领域深耕近 50 年，拥有超过三十年的理论研究及生产经验。另一位创始人徐 杨硕士毕业于同济大学机械制造专业，与联合创始人王晓斌曾就职于世界 500 强汽车零部件企业，具备世界级企业管 理视角及经验。联合创始人王晓斌是一位连续成功创业者，曾从 0 开始将初创团队带入 Pre-IPO 阶段。 诺仕机器人于 2024 年 8 月份北京世界人形机器人大会上首发了全球最小的可量产行星滚柱丝杠，一些头部人形机器 人公司开始采用该解决方案，最小外径可以做到 6.5mm，丝杠 2.5mm，行程能做到 50mm 以上，最大负载可达 30kg 左 右，且丝杠精度达 C5 级别，是目前体型最小，该体型负载最大的行星滚柱丝杠（内有 6 个滚柱围绕主丝杠）。进一步， 公司还研发出更加小型的尺寸。其丝杠直径仅为 1.6mm，螺母直径 6mm，寿命 300 万次以上，极大增加了线性执行器 空间利用率，为灵巧手等狭小空间精确控制提供线性执行器方案，解决绳驱寿命差、梯形丝杠效率低、连杆负载不够 等问题。 在价格方面，诺仕机器人在微型滚柱丝杠量产 10 万套时价格可低至 138 元人民币。机器人关节用反式行星滚柱丝杠 与汽车 EMB 滚柱丝杠已是诺仕机器人的成熟产品，10 万套时的报价可分别低至 483 元人民币与 345 元人民币。交付 周期方面:打样时间低至 14 天，现有工厂可年产 50 万套滚柱丝杠。 目前，诺仕机器人商业化正在稳步进行中，已在多个细分领域完成落地和批量出货，覆盖人形机器人灵巧手及肢体直 线执行器、锂电池涂敷设备、医疗设备、焊接机械臂、汽车制动 EMB 系统、高精密光学设备定位和工业机床等领域。 公司产品获得行业头部客户的肯定。

4.2.4 五洲新春：主业轴承与丝杠底层原理相通，已布局微型滚柱丝杠

公司具备高性能金属材料研发能力和精密制造工艺。在技术上，五洲新春在轴承制造领域已掌握高精度冷辗、热处理 变形控制等核心工艺，匹配微型滚柱丝杠所需车铣磨工艺。在材料上，五洲新春具备高兴能轴承材料研发经验，可以 为丝杠产品所需的耐磨、抗疲劳材料开发提供技术支撑。 据五洲新春 24H1 财报显示，公司将发展灵巧手、旋转执行器和线性执行器上面的滚柱丝杠产品，且 24H1 已经实现小 批量产品销售。

编辑：火腿肠